航線算法實(shí)現(xiàn)

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1、1、基本原理1.1飛行高程約束飛行高h(yuǎn)的選定在滿足無(wú)人機(jī)性能的前提下主要取決于航拍目標(biāo)區(qū)域的海拔最高點(diǎn)及航拍圖像要求兩方面。首先假設(shè)航拍目標(biāo)區(qū)域的海拔最高點(diǎn)的高度為hT，為保證無(wú)人機(jī)的飛行安全，避免航拍所獲取照片的失真，則至少要求無(wú)人機(jī)的飛行高程h要大于hT。其次，在航拍應(yīng)用的相機(jī)拍攝過(guò)程中，由于相機(jī)性能固定，焦距固定，在滿足重疊率的情況下，為保證航拍照片的清晰度及質(zhì)量，需要無(wú)人機(jī)的飛行高程在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。由于無(wú)人機(jī)在空中飛行時(shí)速度較快，所以相鄰照片之間的曝光時(shí)間間隔很短，為了獲取照片的參數(shù)相同，所以在航拍時(shí)需要將無(wú)人機(jī)所搭載的相機(jī)設(shè)置為定焦方式，且對(duì)焦方式被設(shè)置為無(wú)窮遠(yuǎn)處，以

2、獲取最深的景深范圍，這樣就使得物體雖然在鏡頭最遠(yuǎn)對(duì)焦距離之外，但是也可以保證圖像能夠清晰呈現(xiàn)，不會(huì)因?yàn)榫吧罘秶蛔愣a(chǎn)生模糊。地面分辨率GSD指能夠在航拍圖像上區(qū)分兩個(gè)目標(biāo)的最小間距。地面分辨率與最終成圖比例尺的關(guān)系如下表：如已知相機(jī)的鏡頭焦距f，像元尺寸u，并確定地面分辨率以后，可以計(jì)算出無(wú)人機(jī)的飛行高度。相機(jī)的像元尺寸u計(jì)算公式如下：其中，hCCD為CCD高度，wCCD為CCD寬度，單位mm；Ph為hCCD上對(duì)應(yīng)的像素個(gè)數(shù)，Pw為wCCD上對(duì)應(yīng)的像素個(gè)數(shù)。由此式可知當(dāng)相機(jī)及其像素選定以后，相機(jī)的像元尺寸也就確定了，即對(duì)于一固定像素的相機(jī)而言像元尺寸為一定值。在航拍中相機(jī)的焦距f

3、是固定的，像元尺寸u也是固定的，由得出當(dāng)飛行高程增大時(shí)，隨之GSD會(huì)減小，綜合考慮測(cè)繪需求及后期拼接因素，并通過(guò)多次實(shí)際航拍及后期圖像的處理，我們獲得當(dāng)成圖比例尺為1:1000時(shí)，成圖效果較好且成圖效率高即地面分辨率選定為10cm。取地面分辨率為10cm，像元尺寸u為6.41μm。在此情況下，結(jié)合無(wú)人機(jī)載重及空間考慮，選用的相機(jī)體積不宜過(guò)大，也不宜攜帶長(zhǎng)焦距鏡頭，所以常用的不同焦距對(duì)應(yīng)的飛行高度如下表：1.2重疊率設(shè)相機(jī)的視場(chǎng)角為β，則飛行高程與無(wú)人機(jī)航拍的地面圖像長(zhǎng)度的關(guān)系如下圖：由圖可知，當(dāng)相機(jī)的視場(chǎng)角β固定后，地面圖像長(zhǎng)度H為：即當(dāng)GSD及無(wú)人機(jī)飛行高程確定后，航拍圖像的地面

4、尺寸長(zhǎng)寬度也確定了。由根據(jù)像素的長(zhǎng)寬比：得出航拍的地面圖像尺寸寬W為：文獻(xiàn)中提出要求無(wú)人機(jī)航拍的圖片重疊率要滿足：航向重疊率達(dá)到65%以上，旁向重疊率（即航線間重疊率）要達(dá)到35%以上。但是通過(guò)固定翼無(wú)人機(jī)多次實(shí)際航拍飛行實(shí)驗(yàn)，航向重疊率必須至少達(dá)到70%，旁向重疊率必須至少達(dá)到40%（如下圖示），此重疊率下獲取圖片進(jìn)一步進(jìn)行拼接得到的大型照片效果更好。進(jìn)而，我們通過(guò)重疊率約束以及相機(jī)性能可以計(jì)算出無(wú)人機(jī)飛行中的航線間距及航向間距。航線間距W1公式為：W1=照片長(zhǎng)度H*（1－旁向重疊率）航向間距W2公式為：W2=照片寬度W*（1－航向重疊率）以現(xiàn)有設(shè)備中的相機(jī)為例，該相機(jī)的圖片最高

5、分辨率為：4678*3456我們?nèi)?:1000的地圖比例尺，GSD為10cm，根據(jù)相機(jī)參數(shù)得相機(jī)視場(chǎng)角為53°，焦距為24mm，像元尺寸u為6.41μm，則通過(guò)以上公式計(jì)算得飛行高程h=375m；H≈375m；W≈277m。即航拍所獲每張照片代表實(shí)際地形的長(zhǎng)寬為：375m*277m。由以上兩個(gè)公式可以計(jì)算出：航線間距W1=375*（1－40%）=225m航向間距W2=277*（1－70%）=83.1m≈84m取實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有無(wú)人機(jī)的巡航速度為72km/h即20m/s，無(wú)人機(jī)機(jī)載相機(jī)設(shè)置自動(dòng)照相的間隔時(shí)間T為：